论文部分内容阅读
【摘要】本文在邵东县大禾塘街道掌和村典型红层区埋藏型岩溶地区，分析区域水文地质资料基础上，通过水文地质调查，选定找水布孔目标靶区，并对目标靶区的地下水类型及含水岩组，地下水补、径、排条件，岩溶发育规律等相关因子进行分析，结合地球物理勘探手段精确布孔，通过水文地质钻探、抽水试验成功探寻到单井允许开采量为411.43m3/d的地下水，并对找水成果进行总结分析。
【关键词】红层;埋藏型岩溶;钻井;地下水
1、引言
湖南省邵东县位于衡邵干旱走廊一线，该地区为湘中南山丘地区，由于该区域地质环境条件因素，导致历来干旱缺水。研究区位于邵东县大禾塘街道掌和村，地层上部为红层，下部为碳酸盐岩，为典型红层地区埋藏型岩溶。目前针对湘中南这一地层结构类型，找水目标层主要有三种：第一是红层与碳酸盐岩接触带;第二为碳酸盐岩地层;第三为构造发育带。实现方式多采用物探与钻探结合。
2、研究区概况
邵东县大禾塘街道掌和村位于邵东县东北部5km处。研究区面积3.0平方公里。
1-第四系孔隙水2-基岩裂隙水3-碳酸盐岩含水岩组（水量极丰富）4-碳酸盐岩含水岩组（水量丰富）5-碳酸盐夹非碳酸盐含水岩组（碳酸盐占50%以上，水量中等）6-碳酸盐岩含水岩组（碳酸盐小于30%，水量贫乏）7-地层代号8-地层界线9-断层10-地层不整合接触界线11-村界12-水文地质剖面13-研究区范围线14-钻孔及编号15-野外调查地质点16-野外调查民井17-野外调查水点
区内地层发育有：石炭系上统大浦组C2d、下统马平组P1m、中统栖霞组P2q、小江边组P2x、中统孤峰组P2g、上统龙潭组P3l、大隆组P3d、白垩系下统神皇山组K1sh、第四系全系统（Qh）。
区构造发育徐家铺—坝上压扭性断裂，断层两端均出图幅，区内走向呈波状弯曲，总方向为北东30°，沿途覆盖较厚，倾向、倾角无从查明，长约20公里。对本次找水影响较大的为白垩系神皇山组与下伏二叠系及石炭系的地层不整合接触带，该条不整合带在区内呈弧形，走向为由北东到南西，在工作区西南部出工作区，于坡头岭一带被徐家铺—坝上断裂截断。
区内地下水含水层主要有松散岩类孔隙水含水层（Qh）、基岩裂隙水（红层孔隙裂隙水含水层K1sh）、碳酸盐岩岩溶水含水层（C2d、P1m）。
3、找水勘查示范
3.1 技术路线
工作方法及流程：資料收集与分析、水文地质测绘、地球物理勘探、定孔位、水文地质钻探、抽水试验。
3.2 找水靶区及孔位确定
3.2.1靶区确定
通过收集区域资料及现场面上调查，结合现场地形地貌、地层岩性、构造、水文地质条件等因素确定目标靶区。
①从研究区含水层结构分析：白垩系下统神皇山组（K1sh）泥质粉砂岩及下部灰质砾岩，含基岩裂隙水，富水性贫乏，在研究区可以划分为相对隔水层;二是白垩系下伏的石炭系上统大埔组（C2d），二叠系下统马坪组（P1m）的白云岩、白云质灰岩、泥晶灰岩，为埋藏型岩溶含水层，该层为本次找水目标层位。
②由于白垩系红层在区内厚度不大，可利用水文地质钻探打穿红层，寻找下伏岩溶水。
③从构造方面：研究区位于白垩系下统（K1sh）与下伏石炭系上统（C2d）、二叠系下统（P1m）的不整合带附近。红层与下伏基岩接触带为盆地，为地下水的富集提供了有力场所。所以孔位定在不整合带附近找水潜力极大。
④在详细分析水文地质调查的基础上，在不整合带南侧，地势较低，靠近河流的位置布置物探工作进行孔位确定，物探方法选择高密度电法。
3.2.2孔位确定
①物探根据高密度电法110线，反演断面图显示：760-800号测点200米深度内存在低阻异常，推测该低阻异常为岩溶、裂隙相对发育带。布置钻孔SK01。
②以SK01为基点，平行白垩系与二叠系不整合带视为异常带，并在该异常带地势较低的河边低洼处布置SK02孔。孔位布置见图3。
3.3 钻探及抽水试验成果分析
3.3.1 钻探成果
根据钻探结果，SK01地层结构：0-6.0m为第四系粉质粘土夹中粗砂;6.0-45.0m为K1sh粉砂质泥岩;45.00-102.80m为K1sh灰质砾岩;102.80-191.00m为P1m白云质灰岩、灰岩。SK01主要含水段为二叠系马坪组灰岩、白云质灰岩（102.80-191.00m），地下水赋存于岩溶裂隙中。
SK02地层结构：0.00-8.80m为第四系碎石土;8.80-26.70m为 K1sh泥质粉砂岩;26.70-104.9m为K1sh灰质砾岩;104.90-150.5m为P1m白云质灰岩、灰岩。其中104.9-123.6m段白云质灰岩硅化现象严重（见照片1），节理裂隙整体不发育。其主要含水段为二叠系马坪组白云质灰岩（123.6～150.5m），溶蚀裂隙、溶孔发育，溶隙多为方解石脉充填，裂隙面可见铁质浸染，溶孔多发育方解石晶体，岩芯多呈块状-短柱状（见照片2）。
3.3.2 抽水试验成果分析
根据抽水试验结果：SK01进尺191m，水量较小，经洗井抽水，进行全孔3次抽水，据抽水试验结果，静止水位1.08m，第一次抽水，水位降深22.28m，涌水量为58.6m3/d，第二次抽水，水位降深15.00m，涌水量为43.89m3/d，第三次抽水水位降深8.40m，涌水量为26.35m3/d。
SK02孔深150.5m，主要富水段为井下123.6m～150.5m，进行全孔3次抽水，据抽水试验结果，静止水位0.0m，第一次抽水，水位降深28.05m，涌水量为234m3/d，第二次抽水，水位降深17.01m，涌水量为142m3/d，第三次抽水水位降深8.20m，涌水量为68.50m3/d。曲线类型为近似直线型（Q=0.097*s），推算的允许最大降深49.09m，允许开采量411.43m3/d。
总结：
根据邵东县掌和村钻井找水的成功实例分析，针对湘中南红层地区埋藏型岩溶找水有以下结论与建议。
（1）由于该地区红层白垩系红层（K1sh）泥质粉砂岩、粉砂质泥岩富水性弱，不作为找水的目标层位，应以碳酸盐岩含水层为找水目标层;
（2）有断裂构造的区域，优先选择在断裂旁布孔较为合适，无断裂构造选择在红层与碳酸盐岩接触带附近布孔，这一带盐酸盐岩溶蚀发育;
（3）布孔位置一般建议在地势相对较低处，便于地下水汇集;
（4）根据SK01、SK02两孔的地层岩性及涌水量对比分析，在SK02的104.9-123.6m段发育一段硅化带，钻探揭穿硅化带以后，溶蚀裂隙、溶孔发育，地下水涌至井口。而SK01孔不存在该现象，且涌水量SK01远小于SK02。推测这一区域埋藏型岩溶中出现硅化现象作为一个找水标志。
参考文献：
[1]张贵，周翠琼，王波滇等东南岩溶区找水打井经验[J].中国岩溶，2017，（10）：626-632
作者简介：
王潇，湖南省长沙人，硕士研究生，主要从事水工环地质专业工作。
【关键词】红层;埋藏型岩溶;钻井;地下水
1、引言
湖南省邵东县位于衡邵干旱走廊一线，该地区为湘中南山丘地区，由于该区域地质环境条件因素，导致历来干旱缺水。研究区位于邵东县大禾塘街道掌和村，地层上部为红层，下部为碳酸盐岩，为典型红层地区埋藏型岩溶。目前针对湘中南这一地层结构类型，找水目标层主要有三种：第一是红层与碳酸盐岩接触带;第二为碳酸盐岩地层;第三为构造发育带。实现方式多采用物探与钻探结合。
2、研究区概况
邵东县大禾塘街道掌和村位于邵东县东北部5km处。研究区面积3.0平方公里。
1-第四系孔隙水2-基岩裂隙水3-碳酸盐岩含水岩组（水量极丰富）4-碳酸盐岩含水岩组（水量丰富）5-碳酸盐夹非碳酸盐含水岩组（碳酸盐占50%以上，水量中等）6-碳酸盐岩含水岩组（碳酸盐小于30%，水量贫乏）7-地层代号8-地层界线9-断层10-地层不整合接触界线11-村界12-水文地质剖面13-研究区范围线14-钻孔及编号15-野外调查地质点16-野外调查民井17-野外调查水点
区内地层发育有：石炭系上统大浦组C2d、下统马平组P1m、中统栖霞组P2q、小江边组P2x、中统孤峰组P2g、上统龙潭组P3l、大隆组P3d、白垩系下统神皇山组K1sh、第四系全系统（Qh）。
区构造发育徐家铺—坝上压扭性断裂，断层两端均出图幅，区内走向呈波状弯曲，总方向为北东30°，沿途覆盖较厚，倾向、倾角无从查明，长约20公里。对本次找水影响较大的为白垩系神皇山组与下伏二叠系及石炭系的地层不整合接触带，该条不整合带在区内呈弧形，走向为由北东到南西，在工作区西南部出工作区，于坡头岭一带被徐家铺—坝上断裂截断。
区内地下水含水层主要有松散岩类孔隙水含水层（Qh）、基岩裂隙水（红层孔隙裂隙水含水层K1sh）、碳酸盐岩岩溶水含水层（C2d、P1m）。
3、找水勘查示范
3.1 技术路线
工作方法及流程：資料收集与分析、水文地质测绘、地球物理勘探、定孔位、水文地质钻探、抽水试验。
3.2 找水靶区及孔位确定
3.2.1靶区确定
通过收集区域资料及现场面上调查，结合现场地形地貌、地层岩性、构造、水文地质条件等因素确定目标靶区。
①从研究区含水层结构分析：白垩系下统神皇山组（K1sh）泥质粉砂岩及下部灰质砾岩，含基岩裂隙水，富水性贫乏，在研究区可以划分为相对隔水层;二是白垩系下伏的石炭系上统大埔组（C2d），二叠系下统马坪组（P1m）的白云岩、白云质灰岩、泥晶灰岩，为埋藏型岩溶含水层，该层为本次找水目标层位。
②由于白垩系红层在区内厚度不大，可利用水文地质钻探打穿红层，寻找下伏岩溶水。
③从构造方面：研究区位于白垩系下统（K1sh）与下伏石炭系上统（C2d）、二叠系下统（P1m）的不整合带附近。红层与下伏基岩接触带为盆地，为地下水的富集提供了有力场所。所以孔位定在不整合带附近找水潜力极大。
④在详细分析水文地质调查的基础上，在不整合带南侧，地势较低，靠近河流的位置布置物探工作进行孔位确定，物探方法选择高密度电法。
3.2.2孔位确定
①物探根据高密度电法110线，反演断面图显示：760-800号测点200米深度内存在低阻异常，推测该低阻异常为岩溶、裂隙相对发育带。布置钻孔SK01。
②以SK01为基点，平行白垩系与二叠系不整合带视为异常带，并在该异常带地势较低的河边低洼处布置SK02孔。孔位布置见图3。
3.3 钻探及抽水试验成果分析
3.3.1 钻探成果
根据钻探结果，SK01地层结构：0-6.0m为第四系粉质粘土夹中粗砂;6.0-45.0m为K1sh粉砂质泥岩;45.00-102.80m为K1sh灰质砾岩;102.80-191.00m为P1m白云质灰岩、灰岩。SK01主要含水段为二叠系马坪组灰岩、白云质灰岩（102.80-191.00m），地下水赋存于岩溶裂隙中。
SK02地层结构：0.00-8.80m为第四系碎石土;8.80-26.70m为 K1sh泥质粉砂岩;26.70-104.9m为K1sh灰质砾岩;104.90-150.5m为P1m白云质灰岩、灰岩。其中104.9-123.6m段白云质灰岩硅化现象严重（见照片1），节理裂隙整体不发育。其主要含水段为二叠系马坪组白云质灰岩（123.6～150.5m），溶蚀裂隙、溶孔发育，溶隙多为方解石脉充填，裂隙面可见铁质浸染，溶孔多发育方解石晶体，岩芯多呈块状-短柱状（见照片2）。
3.3.2 抽水试验成果分析
根据抽水试验结果：SK01进尺191m，水量较小，经洗井抽水，进行全孔3次抽水，据抽水试验结果，静止水位1.08m，第一次抽水，水位降深22.28m，涌水量为58.6m3/d，第二次抽水，水位降深15.00m，涌水量为43.89m3/d，第三次抽水水位降深8.40m，涌水量为26.35m3/d。
SK02孔深150.5m，主要富水段为井下123.6m～150.5m，进行全孔3次抽水，据抽水试验结果，静止水位0.0m，第一次抽水，水位降深28.05m，涌水量为234m3/d，第二次抽水，水位降深17.01m，涌水量为142m3/d，第三次抽水水位降深8.20m，涌水量为68.50m3/d。曲线类型为近似直线型（Q=0.097*s），推算的允许最大降深49.09m，允许开采量411.43m3/d。
总结：
根据邵东县掌和村钻井找水的成功实例分析，针对湘中南红层地区埋藏型岩溶找水有以下结论与建议。
（1）由于该地区红层白垩系红层（K1sh）泥质粉砂岩、粉砂质泥岩富水性弱，不作为找水的目标层位，应以碳酸盐岩含水层为找水目标层;
（2）有断裂构造的区域，优先选择在断裂旁布孔较为合适，无断裂构造选择在红层与碳酸盐岩接触带附近布孔，这一带盐酸盐岩溶蚀发育;
（3）布孔位置一般建议在地势相对较低处，便于地下水汇集;
（4）根据SK01、SK02两孔的地层岩性及涌水量对比分析，在SK02的104.9-123.6m段发育一段硅化带，钻探揭穿硅化带以后，溶蚀裂隙、溶孔发育，地下水涌至井口。而SK01孔不存在该现象，且涌水量SK01远小于SK02。推测这一区域埋藏型岩溶中出现硅化现象作为一个找水标志。
参考文献：
[1]张贵，周翠琼，王波滇等东南岩溶区找水打井经验[J].中国岩溶，2017，（10）：626-632
作者简介：
王潇，湖南省长沙人，硕士研究生，主要从事水工环地质专业工作。